船舶海上远距离目标搜索定位算法研究.pdf
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1、第45卷第17 期2023年9月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.45,No.17Sep.,2023船舶海上远距离目标搜索定位算法研究洪小飞(郑州工业应用技术学院,河南郑州45110 0)摘要:基于高频超视距雷达的船舶海上远距离目标探测技术是一种利用雷达系统进行海上目标探测和测距的技术。该技术利用高频电磁波的特性,通过发射电磁波并接收目标反射回来的信号,实现对远距离目标的探测和定位。该技术的关键在于如何实现雷达探测过程的海杂波、地杂波等干扰信号的过滤,提高远距离探测的高频超视距雷达系统的工作精度。本文分别从高频超视距雷达的工作原理、杂波干扰信号建模、信号
2、过滤、远距离目标探测算法等方面进行研究,通过该目标搜索和定位技术,船舶可以在海上实现对远距离目标的实时监测和跟踪,提高海上安全性和航行效率。关键词:高频超视距雷达;目标探测;杂波信号;定位中图分类号:U646.25A文章编号:16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)17-0 16 6-0 4Research on long-distance target search and positioning algorithm for shipsAbstract:The maritime long-distance target detection technology of ships base
3、d on high-frequency over-the-horizonradar is a technology that uses radar systems for sea target detection and ranging.This technology uses the characteristics ofhigh-frequency electromagnetic waves to detect and locate long-distance targets by transmitting electromagnetic waves andreceiving signals
4、 reflected back from targets.The key to this technology lies in how to filter interference signals such as seaclutter and ground clutter in the radar detection process,and improve the working accuracy of high-frequency over-the-hori-zon radar systems for long-distance detection.This paper studies th
5、e working principle of high-frequency over-the-horizonradar,clutter interference signal modeling,signal filtering,long-range target detection algorithm,etc.,through this targetsearch and positioning technology,ships can realize real-time monitoring and tracking of long-distance targets at sea,and im
6、-prove maritime safety and navigation efficiencyKey words:high-frequency over-the-horizon radar;target detection;clutter signals;positioning0引言在海洋安全监控领域,高频超视距雷达的应用非常广泛,高频超视距雷达使用高频电磁波沿海洋表面绕射传播的特性,可实现监控区域目标的超视距监测。本文针对基于高频超视距雷达的船舶海上远距离目标定位技术进行研究,介绍船舶高频超视距雷达的基本原理和地波雷达信号的传输特性,对高频超视距雷达的噪声信号进行了建模分析。结合经验模态分
7、解收稿日期:2 0 2 3-0 6-2 5基金项目:河南民办教育协会课题(HMXJ20160308);教育部产学合作协同育人项目(2 2 0 90 2 557 0 31435)作者简介:洪小飞(198 6-),女,硕士,讲师,主要研究方向为模糊数学。文献标识码:Adoi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.17.033HONG Xiao-fei(Zhengzhou University of Industrial Technology,Zhengzhou 451100,China)技术对远距离目标的方位和角分辨率等系统参数进行优化研究,对于改善船舶海上远距离目标定位精度
8、有重要的作用。1船舶海上高频超视距雷达的工作原理高频超视距雷达具有较高的目标探测距离和分辨力,是一种利用电磁波进行目标探测和测距的雷达系统。其工作原理主要包括以下几个步骤:1)信号发射。高频超视距雷达系统通过天线发射高频电磁波,通常采用X波段或K波段频率。这些电第45卷磁波以波束的形式向目标方向传播。2)信号反射。当高频超视距雷达系统的电磁波遇到目标时,一部分电磁波会被目标反射回来。反射回来的电磁波包含了目标的信息,如位置、速度等。3)信号接收和处理。高频超视距雷达系统的接收机通过天线接收反射回来的电磁波。接收机将接收到的电磁波转化为电信号,并进行放大和滤波等处理。同时,接收机将处理后的电信号
9、送人信号处理器进一步处理,可以通过不同的算法和技术提取目标的特征信息,如距离、速度、方位角等。高频超视距雷达的基本原理图如图1所示。高频超视距雷达雷达天线测距器伺服控制器信号接收机接口电路终端示波器编码器雷达引导系统图1高频超视距雷达的基本原理图Fig.1Basic schematic diagram of high-frequencyover-the-horizon radar高频超视距雷达具有超视距特性,利用垂直极化高频电磁波在电海洋表面损耗较小的传播,可以实现超视距的目标探测,跟踪海平面上的舰船目标!。高频超视距雷达电磁波在海面上传播时,除了雷达的自由空间波和发射波之外,还有海面内部的侵
10、入波和地面波,这些雷达波成分相互叠加,构成了高频超视距雷达的信号波,如图2 所示。高频超视距雷达在目标位置的电场建模如下:自由空间波发射波地面波侵入波图2 高频超视距雷达的信号波原理图Fig.2 Signal wave schematic diagram of high-frequencyover-the-horizon radar洪小飞:船舶海上远距离目标搜索定位算法研究+RY1Y2其中:Eo为距离雷达发射天线单位距离的空间电场强度;R为海平面对电磁波的反射系数;F为传播系数;1为直达波的传播距离;2 为反射波的传播距离;为电磁波的相位系数。在电子波从空气射人海水的过程中,由于2 种介质的电
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